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si基siO2光波导材料
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sl基siO2光波导材料已广泛用于研制光干涉仪,热光开关阵列,分/台束器,放大 器,窄带滤波器,方向耦台器,阵列波导光栅(AwG)等光通讯用器件以及谐振型光 学陀螵仪的环形谐振腔等.其制备方法有火焰水解法(FHD),化学气相沉积(cVD), 溶胶凝胶法(soI Gel)等. FHD工艺是通过控制H2,O2,sicl4的流量在si衬底上沉积并经过高温固化后得到 达几十um厚的slO2薄膜.此法可以掺GeO2或TiO2来调节折射率,结合RIE工艺可 以制作损耗小于0.6 dBcm-1(λ=1.55um)的二维或三维波导.slO2层的残余应力, 均匀性等影响光传输的因紊与制备工艺的关系有待深入研究与实践. CVD:蒸发正硅酸乙脂(TEOS)形成sio2过渡层(约10um)到si衬底上,再沉积掺锗的 SiO2层作为波导层,利用图形掩膜并经过刻蚀形成波导条后再沉积不掺杂siOz包 层,所得的3dB分束器的损耗低于.05dBcm.此法的最大优点是与半导体工艺相 容,沉积的siO:膜厚及膜的残余应力可控. 采用Sol—Gel工艺"63制备光波导材料的原料有正硅酸乙脂(TEosAP级),乙醇 (cP级)与异丙醇(cP级)的混合物,去离子水,盐酸(AP级.作催化剂用),用Sol— Gel工艺得到凝胶膜后,在有一定湿度的气氛中进行热干燥处理,摄后得到SiO: 光波导薄膜材料.可以通过调整原料配比,控制干燥过程的相对湿度和升温速率来 调控材料的应力以至于不开裂,但厚度难以控制,制各材料的时间较长(数天),波 导层与包层的折射率匹配不易调控.因为si与sio.的晶格常数的差异,S.J一6eJ 工艺制备的SiOz层的厚度通常只有不足lpm,太厚容易产生裂纹l且由于 上海集成电路研发中心 二者折射事相差太大而引起辆台失配.

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集成片上天线设计及制造技术
硅基材料从微电子领域拓展到硅基光电子领域的研究进展神速. 硅基材料从微电子领域拓展到硅基光电子领域的研究进展神速. GeSi/Si超晶格和低维Si材料的发光现象已被发现 可以作为PlC 超晶格和低维Si材料的发光现象已被发现, PlC, GeSi/Si超晶格和低维Si材料的发光现象已被发现,可以作为PlC, EIC的光源 GeSi/Si多量子阱(MQW)波导探测器及其与波导的耦 的光源. 多量子阱(MQW) 0EIC的光源.GeSi/Si多量子阱(MQW)波导探测器及其与波导的耦 合器件已研制成功.开始向探测器陈列发展;PtSi/Si肖特基势 合器件已研制成功 . 开始向探测器陈列发展 ; PtSi/Si 肖特基势 垒光电二极管(SBT)实用器件的探测范围可达1 (SBT)实用器件的探测范围可达 um.IrSi/Si肖 垒光电二极管(SBT)实用器件的探测范围可达1～6um.IrSi/Si肖 特基势垒探测器的探测范围可达1 13. um,它在8 14um um范围 特基势垒探测器的探测范围可达1.1～13.2um,它在8～14um范围 有巨大潜力.硅基光波导的传输损耗已降至1dB.cm. 有巨大潜力.硅基光波导的传输损耗已降至1dB.cm.其制备技术 与硅微电子技术兼容,为进一步研制相关的PIC OEIC器件奠定 PIC, 与硅微电子技术兼容 , 为进一步研制相关的 PIC , OEIC 器件奠定 了坚实的基础.Si基 光波导(如阵列波导光栅,AWC)已推向市 了坚实的基础.Si基SiO2光波导(如阵列波导光栅,AWC)已推向市 推动了硅基光波导研究的迅猛发展. 场,推动了硅基光波导研究的迅猛发展.
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SOI光波导材料
SOI(Silicon on InsulatoT)波导材料的制备方法有区熔再结晶(ZMR),直接链合 与背刻蚀(SDB—BE),氧离子注入隔离(sIMOx)等.zMR—sOI光波导的损耗 太大.sDB—BE—sOI的硅单晶层质量好,但厚度及其均匀性的控制较难.相 对而言,SIMox-s0I是比较理想的光波导材料,但是由于氧离于注入形成的 siO2层的厚度一般不超过0.5um,它对光的限制还相当有限.另外.由于单模 条件的限制,且s-与Sioz的折射率差别很大,导光的st层仅需要不足0.3um 厚.其脊形波导与光纤耦合时需用过渡透镜等光学元件,sOl光波导分为平板 波导和条形波导.对于sOl平板光波导而言,根据模色散曲线的重合性,Sio. 层只需o.2pm就足够厚了m].sOI平板光波导中导波层的吸收损耗中t本征吸 收限为1.1pm.不在1.3～1.6}啪的窗口,所以本征吸收是根小的.非本征 吸收在室温时主要是自由裁流子吸收.sOI平板光波导导模的尊模总吸收损耗 <o.2dBcm～,sIO.屡有泄露损耗".A,F.Eva璐等m3通过调节sOI脊 型波导的宽高比,研制的大截面sOI脊型光波导对x二1.31pm光的TE.(TM.) 模的传输损耗≤2.6 dBcm.
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GexSi1-x/Si光波导材料 迄今为止,GeSi材料已广泛用于研制光波导,MQw红外光探测器,光 波导调制器,光波导定向耦合器,X和Y型光波导分支器.研制GexSi1x/Si光波导材料的方法有MEB(分子束外延),CVD,Ge扩散法等.
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硅基光电集成
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内容
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光子集成回路(Photon Integrated Circuit,PIC)和光电子集 成回路(Optic Electronics Integrated Circuit,OEIC)不仅可 以在大容量,高保密的光纤通信中应用,而且能在光学遥 感,传感,光互联,光计算,光数据存储及光电显示等领 域发挥重要作用. PIC和OEIC是在光纤通讯和计算机的高速发展下提出来 的.在电子计算机中列入光互连,被称为混合光/电子计算 机.用PIC取代集成电路,就是光计算机.无论用PIC还是 OEIC取代集成电路,开展硅基PIC , OEIC的研究是必由 之路.
Si基GaAs/GaAIAs光波导材料
MOCVD制备丁高性能的GaAs/GaAlAs/GaAs/Si材料.其制备步骤为: ①用直接生长法在1000.c的H.+AsH:气氛下对硅片预处理; ②在400～450c的TMG+H2+AsH3气氛下生长过渡层20～25nm ⑤在700～750C的TMG+H2+AsH3气氛下生长GaAs层1.0～1.5um; ④在720～750C的TMG+H2+TAM+AsH3气氛下生长Ga0.7AI0.3As层约2.0um; ⑤在700～750C的TMG+H2+AsH3,气氛下生长GaAs波导层0.42um.
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硅基光波导器件的结构决定了它的用途,其性能的差异决定于构成硅基光波 导材料的微结构及其材料各层之间的界面,这与材料的加工及成型技术密不 可分.当前的三屡结构光波导,是利用薄膜淀积技术先在衬底上生长过渡层 再生长芯层,或者直接生长芯层,经过十法或者湿法腐蚀得到所需的波导芯 后再沉积包层(或以空气作包层).所得波导芯形状主要是矩形或梯形,它与 包层的界面小是严格完整的圆柱面,它对光线的反射角不完垒相同,有些满 足垒反射.其余的则不然,逸就引起光波场分布的小均匀,因而有泄露波, 导致界面衰减波的玻印廷矢量不为o.即存在光的隧穿效应.因此传输损耗 集中在光渡导与芯层的界面.不同的薄膜加工技术或者同一薄膜加工技术采 用不同的工艺参数,所得的波导芯与衬底丑包层的界面态就不同,所引起损 耗的大小随之不同
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简介
硅 基 PIC , 硅 基 OEIC 芯 片 包 括 异 质 结 晶 体 二 极 管 电 路 , 激 光 二 极 管及其驱动/保护电路,光放大器,调制器,光开关,耦合器,快速 光探测器,小面反射器,分束/合束器,光波导,光纤等,技术上与 微 电 子 工 业 的 CMOS 工 艺 兼 容 , 只 需 对 光 波 导 器 件 , 光 探 测 器 件作适当调整".
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硅基光波导材料及其光传输损耗 1.1 外延硅材料(n—si/n+一si,p—si/p+一si) 利用SiH4,SiCl4在约1160C温度下的分解井同时掺杂,可在商 业n+-Si,p+Si片上沉积而得n-si/n+-Si,p-Si/p+-Si.衬底掺杂高 达10+19cm-3,外延层掺杂可低到10+13cm-3.对本征Si单 晶,λ=1.30um.其折射率n=3.505; λ=1.55um ,其折射率 n=3.480;由于自由载流子浓度的增加,其折射率下降(△n)和 吸收系数增大(△a),这称之为等离子体色散效应. △n可达10e-2量级,所以等离子体色散效应是比较明显并 可以利用的,可用于制作Si外延光波导及硅电学调制开关等有 源或无源器件.外延硅波导材料主要是微电子工业用的si (111)(用于CMOs电路).Si(100)(用于双极型电路)片. 外延硅波导器件的插入损耗低,与光纤的耦台效率高.但由 于衬腐高浓度的载流子对光能量吸收使传输损耗过大,其波导 芯与包层的相对光折射率差较小,导致弯曲光波导的曲率半径 大,器件的尺寸也就大.制约了集成度的提高. 上海集成电路研发中心
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RFID芯片设计及制造技术
20世纪70年代之前,曾认为硅不具有线性光电效应(Pockels效应)和受激辐射效应, (Pockels效应 20世纪70年代之前,曾认为硅不具有线性光电效应(Pockels效应)和受激辐射效应, 世纪70年代之前 很少开展硅基PIC 硅基OEIC 的研究. 主要集中在LiNbO PIC, OEIC的研究 族化合物的PIC PIC, 很少开展硅基 PIC , 硅基 OEIC 的研究 . 主要集中在 LiNbO3 或 Ⅱ 一 V 族化合物的 PIC , OEIC上 20世纪80年代后期开始 硅的上述两个缺陷被克服.首先. 世纪80年代后期开始, OEIC上.从20世纪80年代后期开始,硅的上述两个缺陷被克服.首先.硅的电光效应 已被发现,即电场施加在光正在传输的介质上引起光折射率的变化,分为两类: 已被发现,即电场施加在光正在传输的介质上引起光折射率的变化,分为两类:直接 电光效应——电场直接引起介质光学折射率的变化, Kerr效应 间接电光效就—— ——电场直接引起介质光学折射率的变化 效应; 电光效应——电场直接引起介质光学折射率的变化,如Kerr效应;间接电光效就—— 电场间接引起介质折射率的变化.包括FranzKeldysh效应和等离子体色散效应(the FranzKeldysh效应和等离子体色散效应 电场间接引起介质折射率的变化 . 包括 FranzKeldysh 效应和等离子体色散效应 (the Plasma Dispersion Effect , 也 称 为 载 流 子 折 射 效 应 (the carrier Refrection Effect).其中等离子体色散效应相当显著,足以实现电光调制.其次, Effect).其中等离子体色散效应相当显著,足以实现电光调制.其次,纳米多孔基 及纳米颗粒基硅材料的发光现象已被发现.硅材料还具有其它独特的优点. 及纳米颗粒基硅材料的发光现象已被发现.硅材料还具有其它独特的优点.作为半导 体领域中应用最广泛的一种材料,其成本低,加工工艺最为成熟. um的波 体领域中应用最广泛的一种材料,其成本低,加工工艺最为成熟.在1.3～1.6um的波 长范围内,硅是透明的,正处于石英光纤长波( 31um um, 55um)低损耗窗口的范围. um)低损耗窗口的范围 长范围内,硅是透明的,正处于石英光纤长波(1=1.31um,1.55um)低损耗窗口的范围. 硅还是光电转换材料,可用于制各液晶显示器(LCD) 太阳能电池等. (LCD), um波 硅还是光电转换材料,可用于制各液晶显示器(LCD),太阳能电池等.1.3～1.6um波 段的全硅雪崩二极管PtSi肖特基二极管探测器业已应用,可以相信研制1 PtSi肖特基二极管探测器业已应用 um波 段的全硅雪崩二极管PtSi肖特基二极管探测器业已应用,可以相信研制1.3～1.6um波 段的硅集成光路成为可能. 段的硅集成光路成为可能.